Глобальные компьютерные сети

Структура сети показана на рис.2.4.2.1. Средства коммуникаций сети включают физическую среду передачи сигналов в форме кольца, соединяющего ПЭВМ, блоки доступа и повторители.Условные обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, БлД² П - повторитель

БлД делятся на две группы: доступ без  разрыва целостности физической среды передачи сигналов и доступ с разрывом физической среды и  восстановлением ее с помощью  БлД. Например, без разрыва физической среды можно осуществить доступ к проводным линиям связи, но доступ к оптоволоконным линиям возможен только с разрывом среды передачи сигналов. Сообщение, переданное абонентом, поступает  через БлД в физическую среду  и движется по кольцу. Повторитель (П) задерживает сообщение на время, необходимое для определения адреса абонента и приема его абонентом, восстанавливает ослабленные и искаженные электрические сигналы сообщения. Участок физической среды между двумя соседними повторителями называется сегмент.

 

2.6. Методы доступа к сети.

В кольцевой структуре применяются  централизованные методы доступа.

Разделение  времени (временное сегментирование). ЦУС через определенные промежутки времени по очереди разрешает  абонентам передачу сообщений. Время  передачи также определено.

Передача полномочия (маркерный  доступ). ЦУС формирует служебный  пакет-полномочие (маркер), который  циркулирует по кольцу. Приход полномочия к абоненту означает разрешение на передачу сообщения этим абонентом. Время передачи определено. Все остальные  абоненты работают только на прием. После  выдачи сообщения в сеть абонент-отправитель  посылает полномочие следующему абоненту. Абонент-получатель принимает сообщение, проверяет его правильность и  посылает дальше по кольцу с добавлением, что сообщение принято без  искажения или с искажением. Отправителъ  принимает свое сообщение, которое  прошло по всему кольцу, в качестве подтверждения о приеме сообщения  получателем. Если сообщение получателем  принято с искажением, то отправитель  повторяет передачу сообщения.

В централизованных методах доступа  может быть реализовано приоритетное обслуживание абонентов. Поскольку  централизованные методы доступа организуются единственным в сети ЦУС, то их надежность меньше, чем у случайных методов.

Достоинства сети:

-  простота реализации двухточечной линии связи (в каждый момент соединены только две точки -два абонента), что снижает требования к физической среде;

-  простота организации подтверждения о приеме сообщения;    

небольшая общая  длина физической среды.

Недостатки:

-  низкая надежность, так как выход из строя участка физической среды или повторителя приводит к остановке работы всей сети;

-  невозможность подключения и отключения абонентов без остановки сети;

- максимальная  задержка передачи сообщения  зависит от количества абонентов.

Для повышения надежности и пропускной способности сети применяется двойное  кольцо. Сообщения в кольцах курсируют  в разных направлениях. При нарушениях одного кольца уменьшается только пропускная способность сети. При нарушениях обоих колец ближайшие к нарушению  автоматически восстанавливают  циркуляцию информации в одном кольце. Пример кольцевой сети: Token Ring Network ³. Сеть обладает статусом мирового стандарта, ее длина достигает 2 км и обслуживает до 256 абонентов. В сети реализован маркерный метод доступа.

 

2.7. Магистральные сети

1. Магистральные моноканалы

 Структура сети показана на рис.2.4.3.1. Все  абоненты подключены к одной физической среде, представляющей собой магистраль (шину). Сообщение, переданное пользователем, поступает через БлД ко всем абонентам  сети.

 

 

Условные  обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, БлД – блок доступа

а. Методы доступа к сети:

- Централизованные методы доступа, аналогичные методам кольцевых

структур: разделение времени и передача полномочия.

б. Случайные методы доступа, аналогичные методам, характерным для радиоканальных ЛКС.

Достоинства сети:

- более высокая  надежность, чем у кольцевых сетей,  так как отказ абонента не  влияет на работу сети;

-  возможность подключения и отключения абонентов без остановки работы сети в случае неразрушающего физическую среду подключения абонентов;

-  наименьшая длина физической среды.

Для повышения надежности и пропускной способности применяются двойные  моноканалы. Примером магистральной моноканальной структуры является сеть Ethernet, представляющая собой отраслевой стандарт фирм Intel, DEC и Xerox. Сеть положена в основу международного стандарта, обслуживает до 1000 абонентов при длине сети до 10 км, доступ к сети осуществляется по протоколам CSMA/CD.

2. Магистральные поликаналы

Поликаналом называют группу средств  коммуникаций, работающих на одной  физической среде и предназначенных  для организации нескольких сетей различного назначения. Для этого применяется широкополосная физическая,  среда, например широкополосный коаксиальный или оптоволоконный кабель. Пример поли канальной структуры для двух ЛКС на одной физической среде показан на рис.2.4.3.2.

 

Условные обозначения: ЦУС – центр  управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, БлД – блок доступа

Здесь одна сеть передает информацию на частоте f1 , а другая - на частоте f2.

Методы доступа к сети: централизованные и случайные, аналогичные магистральному моноканалу.

Достоинства сети:

-  высокая пропускная способность, позволяющая передавать большие потоки разнообразной информации;

-  возможность организации на одной физической среде нескольких сетей различного назначения (например, в крупных финансовых организациях, информационных и многопрофильных фирмах).

Недостатки:

-  сложность эксплуатации;

-  высокая стоимость оборудования.

Магистральные поликаналы  разрабатываются  и производятся по конкретным заказам.

 

2.8. Комбинированные сети

 

Каждая из приведенных структур сетей обладает определенными достоинствами  и недостатками. Преодолеть некоторые  недостатки и повысить эффективность  сетей можно путем комбинирования (структурирования) различных топологий. Например, на рис.2.4.4.1. изображена сеть с одним УК и двумя магистральными моноканальными подсетями. Сеть может  включать несколько УК, каждый из которых  имеет несколько портов.

Условные обозначения: ЦУС –  центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, УК – узел коммуникации.

На рис.2.4.4.2. показана сеть из двух УК, ПЭВМ к которым подключены разными  способами.

Достоинства сетей:

- возможность  легкого наращивания абонентов  и ресурсов сети;

- изменение  конфигурации сетевой структуры;

- повышение  надежности сети;

- продление  жизненного цикла.

Условные  обозначения: ЦУС – центр управления сетью, ПЭВМ – персональный компьютер, УК – узел коммуникации.

Недостатком таких систем является более высокая  их стоимость за счет дополнительного  технического и программного сетевого оборудования.

К комбинированной структуре можно  отнести и полносвязную сеть (рис.2.4.4.3).

 

Условные  обозначения: ПЭВМ – персональный компьютер

Достоинства сети:

-  наименьшая задержка передачи сообщения между компонентами сети;

-  наибольшая надежность сети.

К недостаткам  сети относятся: неэффективность, сложность  и наибольшая длина физической среды.

В зависимости от конструктивных особенностей помещений фирмы, расположения сотрудников  в помещениях, приоритета абонентов  сети, допустимой задержки передачи сообщений и других факторов могут использоваться и другие структуры сетей.

3. Характеристика физических сред передачи данных в ЛКС

В качестве физической среды передачи сигналов в ЛКС применяются витые (скрученные) пары проводов (ВП), коаксиальные (КК), оптоволоконные (ОВК) кабели и радиоканалы (РК).

Учитывая  эксплуатационные характеристики и  стоимость различных сред передачи сигналов, наибольшее применение в  ЛКС средней протяженности (офисы, небольшие фирмы, предприятия и  организации) нашли витые пары и  коаксиальные кабели. Витая пара - это  телефонный провод европейского стандарта, включающий два изолированных проводника. Коаксиальный кабель состоит из центрального проводника, окруженного слоем изолирующего материала, проводящего электрический  ток экрана, и внешней оболочки.

В ЛКС большой протяженности  применяются оптоволоконные кабели. По ОВК передаются не электрические  сигналы, а световая энергия. Внутреннюю часть ОВК составляют тонкие нити кварцевого волокна с низким коэффициентом  затухания и высоким коэффициентом  отражения. Внутреннюю часть ОВК  окружает стеклянная пленка, имеющая  меньший коэффициент отражения, чем кварц. В связи с этими  физическими свойствами кварца и  стекла ОВК могут передавать информацию на значительные расстояния.

В радиоканальных ЛКС применяются  в основном радиочастотные, инфракрасные и микроволновые радиостанции на дальности прямой видимости.

4. Глобальные компьютерные сети

 

4.1. Классификация сетей

Глобальные  сети можно классифицировать по следующим  признакам:

По типу средств  коммуникаций:

наземные  многоузловые сети;

спутниковые радиосети;

комбинированные сети.

По способу  коммутации сообщений:

коммутация  каналов;

коммутация  сообщений;

коммутация  пакетов;

адаптивная  коммутация.

По выбору маршрута передачи сообщения:

фиксированные пути;

направленный  выбор пути;

случайные пути;

лавинный  способ.

 

 

4.2. Наземные многоузловые сети

 

4.2.1. Общая структура сети

Условные обозначения: Т – терминал, УК – узел коммуникации, ЦУС –  центр управления сетью

Рабочими ЭВМ сети могут быть все классы ЭВМ от персональных до суперЭВМ. Используются также отдельные  терминалы (Т). Абоненты подключаются к  сети посредством телефонных и телеграфных  каналов связи в точках подключения (ТП). Доступ пользователей к ресурсам сети осуществляется через узлы коммутации. Каждый узел коммутации (УК) обслуживает  определенное число пользователей, обычно наиболее близко расположенных  к узлу. Архитектуру УК составляют ЭВМ со специальным сетевым программным  обеспечением и коммуникационное оборудование. УК могут быть обслуживаемыми и необслуживаемыми, т. е. работающими в автоматическом режиме. УК выполняют важные сетевые  функции: анализ и формирование сетевых  адресов абонентов, кодирование  сообщений, контроль и коррекцию  ошибок, появившихся в процессе передачи информации, управление потоками сообщений, выбор оптимального для данной ситуации маршрута передачи сообщения и др. Один из УК выполняет роль шлюза  или моста.

С одним из УК совмещается центр  управления сетью (ЦУС), на котором работает администратор сети. В ЦУС, как  правило, входит наиболее мощная ЭВМ  сети со специальным программным  обеспечением.

Между УК прокладываются, как правило, магистральные скоростные каналы передачи данных (МСКПД) на основе Коаксиальных, многожильных и оптоволоконных кабелей. В крайнем случае используются телефонные линии связи, обладающие средней  скоростью передачи данных.

Достоинства многоузловой сети:

-  возможно использование ранее проложенных каналов связи;

-  допустимо применение в разных частях сети различных физических сред и скоростей передачи данных;

- возможность  применения различных способов  коммутации и выбора путей  передачи сообщений.

Недостатки:  

-сложность  прокладки в труднодоступных  местах 
            (горах, болотах, пустынях, в воде);

- невозможность  связи с движущимися абонентами.

 

4.2.2. Принцип модемной связи

Чтобы передать дискретный двоичный сигнал с выхода одной ПЭВМ на вход другой по аналоговой телефонной линии  связи, этот сигнал должен быть преобразован в стандартную форму передачи сигнала по телефонной линии. Такое  преобразование называется модуляцией, а устройство, осуществляющее преобразование модулятором. На входе ПЭВМ - получателя сообщения 
должно быть сделано обратное преобразование, которое называется демодуляцией, а устройство — демодулятором. Так как ПЭВМ передает и принимает сообщение, то модулятор и демодулятор объединяют в одном устройстве под названием модем. Модемы выпускаются как в виде отдельных блоков, так и встроенными в ПЭВМ. В зависимости от качества модемов и линий связи скорость передачи данных через 
модемы составляет 2400, 4800, 9600 бит/с.           

Для того чтобы две ПЭВМ могли  обмениваться информацией, кроме модема и физической среды передачи сигналов необходимо специальное программное  обеспечение для согласования работы ПЭВМ и поддержки средств коммуникаций. Большинство модемов автоматически  определяют, с какой скоростью  поступает информация, проводят тестирование качества линии связи, а также  кодируют сообщения специальными помехоустойчивыми  кодами.

Обычный тип модема позволяет передавать только текстовую информацию, в связи  с чем его иногда называют телефонным. Кроме телефонного модема выпускаются  факс—модемы, которые могут передавать графическую информацию: деловые  письма с подписями и печатями, чертежи, эскизы, рисунки, фотографии. Для разносторонней работы пользователя в сети к ПЭВМ должен быть подключен  сканер.